Extrait du livre - Editions Ellipses

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Le métabolisme cellulaire permet la production d’énergie indispensable à la
réalisation des diverses activités cellulaires (transport de solutés, contraction
musculaire…). La production d’énergie nécessite la consommation de
nutriments (glucose, acides aminés, acides gras…) et de dioxygène (O2)
mais s’accompagne de la production de déchets métaboliques dont le
dioxyde de carbone (CO2) que l’organisme doit éliminer.
Le but de ce chapitre est de comprendre :
• comment le dioxygène de l’air atmosphérique est-il acheminé depuis
le milieu extérieur vers le sang puis du sang vers les cellules de
l’organisme ?
• comment le dioxyde de carbone est-il éliminé de l’organisme ?
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L’appareil respiratoire est protégé dans sa plus grande étendue par la cage
thoracique. Les poumons sont protégés par une séreuse, la plèvre (figure 1).
L’appareil respiratoire comporte :
• les voies respiratoires supérieures dont :
ƒ les cavités nasale et buccale,
ƒ le pharynx et le larynx.
Les voies respiratoires supérieures sont des voies extrathoraciques de
conduction.
• les voies respiratoires inférieures (figure 2) dont :
ƒ la trachée (voie de conduction extrapulmonaire),
ƒ les deux bronches primaires et leurs ramifications
constituant l’arbre bronchique,
ƒ les bronchioles qui sont recouvertes de muscles lisses et se
terminant par les alvéoles pulmonaires.
Les voies respiratoires inférieures sont des voies intrathoraciques de
conduction.
2
Ź Chapitre 1
Figure 1
Figure 2
Légendes
BPG : Bronche primaire gauche
BPD : Bronche primaire droite
• les poumons, organes pairs coniques séparés par médiastin
(figure 3). Le poumon gauche est bilobé alors que le poumon droit
est trilobé.
Les poumons sont recouverts d’une membrane séreuse, la plèvre,
constituée d’un feuillet viscéral accolé aux poumons et d’un feuillet
pariétal accolé à la face interne de la paroi de la cage thoracique. Entre ces
deux feuillets se trouve une cavité remplie d’un liquide pleural créant une
surface humide et glissante de telle sorte à ce que les feuillets puissent
glisser l’un sur l’autre lors des mouvements respiratoires.
Anatomie et physiologie de l’appareil respiratoire e
3
Figure 3 : radiographie thoracique en incidence de face
• des muscles respiratoires dont la contraction assure les
mouvements respiratoires. Parmi ces muscles figurent le
diaphragme et les muscles élévateurs des côtes.
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f Organisation histologique de la trachée
La trachée est un tube semi flexible, de 12 mm de diamètre pour 12 cm de
long, maintenu ouvert par 15-20 anneaux cartilagineux (figure 4) en forme
de C.
Figure 4
La surface interne est tapissée par une muqueuse comprenant un épithélium
pseudostratifié cylindrique cilié (figure 5) riche en cellules caliciformes.
Les cellules caliciformes assurent la production du mucus, substance
collante piégeant la plupart des particules inhalées de plus de 2 μm.
4
Ź Chapitre 1
Figure 5
Le mouvement ciliaire pousse le mucus vers le pharynx où il sera soit
expectoré soit dégluti. Les voies respiratoires et notamment la trachée
permettent le réchauffement, l’humidification et la filtration de l’air
inspiré.
f Organisation histologique de la paroi alvéolaire (figure 6)
Au nombre de 300 millions et d’un diamètre moyen de 250 μm, les alvéoles
pulmonaires sont constituées d’un épithélium pavimenteux simple. Cet
épithélium est constitué de cellules appelées les pneumocytes. La
membrane respiratoire (figure 7), encore appelée barrière alvéolocapillaire, est l’association de l’épithélium alvéolaire et de l’endothélium du
capillaire sanguin. Cette membrane a une épaisseur de 0,5 μm. Sa structure
fine et sa grande surface (75 m2) permettent une optimisation de sa fonction
c’est-à-dire d’assurer les échanges gazeux respiratoires.
Anatomie et physiologie de l’appareil respiratoire e
5
Figure 6
Figure 7
f Relation avec l’appareil cardiovasculaire (figure 8)
L’hémicœur droit propulse le sang non hématosé dans les artères
pulmonaires droite et gauche jusqu’aux poumons. Le sang hématosé quitte
les poumons par les veines pulmonaires droites et gauches pour rejoindre
l’hémicoeur gauche. Le trajet du sang ainsi réalisé correspond à la
circulation pulmonaire.
L’hémicœur gauche propulse le sang hématosé dans la circulation
systémique (dite générale) afin d’approvisionner les tissus en dioxygène. Le
sang non hématosé retourne vers l’hémicœur droit.
6
Ź Chapitre 1
Figure 8
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La physiologie de l’appareil respiratoire se limitera à l’étude de la prise en
charge et les modes de transport des gaz respiratoires par le sang. L’O2 est
acheminé des poumons aux tissus périphériques par le sang artériel encore
appelé sang hématosé. Le CO2 est acheminé des tissus périphériques aux
poumons par le sang veineux encore appelé sang non hématosé. Il se
produit donc des échanges gazeux au niveau :
• des tissus périphériques entre la lymphe interstitielle et le sang
(figure 9a).
• des poumons entre l’air alvéolaire et le sang. Cet échange prend au
niveau pulmonaire s’appelle l’hématose (figure 9b).
Anatomie et physiologie de l’appareil respiratoire e
7
Figure 9
f Les gaz de l’air atmosphérique et la notion de pression
L’air atmosphérique est
un
mélange
gazeux
composé de N2, CO2, O2
et H2O (et quelques
autres gaz rares comme
l’argon, le néon, l’hélium, le xénon, l’ozone…). Au niveau de la
mer, la pression atmosphérique est de 760 mm
de Hg.
Gaz
N2,
O2
CO2
H2O
% air
atmosphérique
78%
21%
0.03
Variable 0.1 à 5 %
Pression
partielle
592.80
159.60
0.23
-
Chaque gaz présent exerce une pression partielle mesurée en mm de Hg (ou
en kPa sachant que 1 mm Hg = 0.13 kPa – 1 kPa = 7.5 mm Hg). La pression
atmosphérique totale correspond à la somme des pressions partielles. La
pression partielle d’un gaz est d’autant plus importante que le gaz est présent
en grande quantité.
f Les lois de diffusion d’un gaz
La diffusion simple est le phénomène par lequel un soluté se déplace d’un
milieu A où sa pression partielle est forte vers un milieu B (séparé du milieu
A par une membrane biologique) où sa pression partielle est plus faible. Lors
de la diffusion, le soluté (ici un gaz) suit le sens de son gradient de pression
partielle (figure 10).
La quantité de gaz qui diffuse est d’autant plus importante que la différence
de pression partielle de ce même gaz entre les deux milieux A et B est
grande.
8
Ź Chapitre 1
Figure 10
fLes différentes formes de transport des gaz respiratoires par le sang
Le transport du dioxygène
Le dioxygène est transporté sous deux formes :
• un transport minoritaire (1.5 %) : sous forme dissoute dans l’eau du
plasma. Le dioxygène est peu soluble dans l’eau (soit 3 mL d’O2
dissous dans le plasma par L de sang)
• un transport majoritaire (98.5 %) : sous forme
l’hémoglobine, ou oxyhémoglobine (soit 197 mL d’O2/L).
liée
à
Le sang riche en dioxygène est le sang hématosé (sang artériel) représenté
conventionnellement en rouge.
La molécule d’hémoglobine (figure 11)
L’hémoglobine, Hb (figure 11), est le pigment respiratoire des globules
rouges. L’hémoglobine est une hétéroprotéine constitué par :
• une partie protéique correspondant aux 4 globines (αβ)2
tétramèrique reliées par des liaisons faibles
• une partie non protéique (appelée groupement prosthétique)
correspondant aux quatre hèmes associés à l’ion ferreux.
Figure 11